JP5638345B2 - レーザ画像計測装置 - Google Patents
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以下、図1および図2を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1に係るレーザ画像計測装置の全体構成を示すブロック図である。
図2は環境変化(経時変化)に起因して生じる距離データの誤差(後述する距離変動量ΔDz)を示す説明図である。
レーザ光走査光学系5は、空間中にレーザ光を照射して走査し、送信ビームLの形状を整形する。
なお、図1では、基準反射板6を送信ビームLの一端に1個のみ設置したが、たとえば送信ビームLの走査両端部に設置するなど、任意数の基準反射板6を設置することができる。
距離演算装置10は、位相検波器9からの位相信号Pに基づき、対象物および基準反射板6の距離値Dz(測距値)を算出する。
3次元画像処理装置12は、距離補正装置11からの補正距離値Dz’と、レーザ光走査光学系5からの走査角信号θsとに基づき、3次元画像Gを生成する。
まず、レーザ光送信部30内の変調器4は、基準信号発生部20内の発振器1からの変調信号Mに基づき、レーザ装置3から出射されたレーザ光に対して強度変調をかけた後、レーザ光走査部40に出射する。
続いて、レーザ光走査部40内のレーザ光走査光学系5は、変調器4から出射されたレーザ光を1次元走査して、送信ビームLに整形する。
なお、ここでは、理解し易いように、送信ビームLと受信視野Rとを便宜的に離散表示しているが、実際には、送信ビームLおよび受信視野Rの各端部は一致しているものとする。
具体的には、距離値Dzは、光速c、位相差Δφ、変調信号Mの周波数fを用いて、以下の式(1)により導出される。
しかし、装置の環境変化(温度変化や振動など)が生じると、レーザ発振からレーザ受光までの光路長の変化や電気的特性の変化が生じて、位相信号Pに遅延が生じる場合がある。これにより、図2に示すように、時刻tにおける基準反射板6の距離値DzR tと初回の基準反射板6の距離値DzR 0との間に誤差(距離変動量ΔDz)が生じる。
したがって、基準反射板6の距離変動量ΔDzを用いて対象物の距離値Dzを差分することにより、環境変化に対して左右されない高精度の距離測定が可能となる。
図3は送信ビームLの具体例を示す説明図であり、図3(a)はペンシルビームの1次元走査を示し、図3(b)および図3(c)はペンシルビームの2次元走査を示し、図3(d)はファンビームの1次元走査を示している。
また、図5はレーザ画像計測装置が移動する場合に生じる距離差の補正処理を示す説明図である。
また、図3に示す受信視野Rを複数の受光素子で得る場合には、各受光素子で基準反射板6からの反射光を受光できるように、図3(c)や図3(d)のように基準反射板6を設置することにより、全受光素子での補正を行うことができる。
つまり、経過時間に対する電圧特性として、時間・電圧変換特性の傾きΔV/Δt(=(V1−V2)/(t2−t1))を算出することができる。
その後、取得画像G1、G2から各画素の位置変動量Δpを差分して補正する。
すなわち、測距値校正用の一定距離の基準点となる基準反射板6と、対象物からの反射光を受光して受信信号に変換する受信部50と、受信信号から距離値Dzおよび3次元画像Gを算出する信号処理部60とにより、同一の送受信経路(同一の光学的経路、同一の受光器やアンプ)で、距離値Dz(測距値)の校正と、対象物の測距とを行う。
なお、上記実施の形態1(図1〜図5)では、送信ビームLの走査幅Wの補正について考慮しなかったが、図6および図7のように、レーザ光走査部40A内に走査幅補正装置13を設け、位相検波器9Aからの強度信号Aに応じて走査幅Wを補正するように構成してもよい。
図6はこの発明の実施の形態2に係るレーザ画像計測装置の全体構成を示すブロック図であり、前述(図1参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「A」を付して詳述を省略する。
また、図7は強度信号A(強度データ)に基づく走査幅補正信号Cwを生成処理を示す説明図である。
また、レーザ光走査部40Aにおける走査幅Wの補正精度を高くするために、基準反射板6は、送信ビームLの両端部のそれぞれにおいて、レーザ光走査光学系5Aから基準固定距離となるように設置されている。
ここでは、前述と同様の距離測定動作の説明を省略し、走査幅補正装置13による走査幅Wの補正動作のみに注目して説明する。
具体的には、任意時刻tにおける走査幅Wtと、初回時刻t0における初回走査幅W0と差分から、走査幅変動量ΔW(=Wt−W0)を算出し、走査幅Wtが初回走査幅W0と等しくなるように、走査幅変動量ΔWを相殺するための走査幅補正信号Cwを生成する。
これにより、レーザ光走査光学系5Aは、走査幅補正信号Cwに基づき、走査幅Wtが初回走査幅W0と一致するようにレーザ光を走査する。
すなわち、送信ビームLの両端部が基準反射板6の位置(初回走査幅W0)と一致するように、送信ビームLの走査幅Wtが補正されることになる。
レーザ光走査部40Aは、レーザ光走査光学系5Aに対して走査幅補正信号Cwを入力する走査幅補正装置13を備えており、走査幅補正装置13は、強度信号Aに基づいて送信ビームLの走査幅Wを導出し、レーザ光走査光学系5Aによる走査幅Wを制御する。
また、走査幅補正装置13は、強度信号Aに基づき走査幅Wを導出したが、距離値Dzを受信強度として用いて走査幅Wを導出してもよい。
また、受信光学系7においては、走査せずに受信視野Rを確保する場合もあり、送信レーザ光および受信視野Rの両方を同時に走査する場合もある。
基準反射板6の配置については、図8のように、種々の適用例が考えられる。
図8は送信ビームLの走査領域に対する基準反射板6の具体的な配置例を示す説明図であり、図8(a)、図8(b)は、走査端の1箇所以上に基準反射板6が設置された場合を示し、図8(c)〜図8(e)は、走査する1列に基準反射板6が設置された場合を示している。
図9において、走査幅Wの両端付近(遮蔽領域)は、走査速度が遅くなるので、レーザ光送信部30内のレーザ装置3として、「JIS C6802(レーザ光の安全基準)」に記載された「クラス1アイセーフ条件(眼に対して安全なレベル)」を満たさない走査領域となる。
これにより、レーザ光の過大出力などの異常発生時において、自動的にレーザ光の出力を遮断することにより、安全性を確保することができる。
Claims (5)
- レーザ光の発振時間と対象物による反射光の受光時間との時間差に基づいて、前記対象物までの距離を導出するレーザ画像計測装置であって、
基準となる変調信号を生成する基準信号発生部と、
前記変調信号により変調された前記レーザ光を出射するレーザ光送信部と、
前記レーザ光を走査して整形された送信ビームを出射するレーザ光走査部と、
前記反射光を受信信号に変換する受信部と、
前記レーザ光走査部内のレーザ光走査光学系から基準固定距離に設置されて前記送信ビームが照射される基準反射板と、
前記受信信号から前記基準反射板および前記対象物の距離値を導出する信号処理部と、
を備え、
前記レーザ光走査部および前記受信部は、前記基準反射板からの反射光を、前記対象物に対する距離測定と同一の光路で送受信し、
前記信号処理部は、前記基準反射板の距離変動量から、前記対象物の距離値を補正し、
前記信号処理部は、
前記受信信号に基づく取得画像内の少なくとも1つ以上の画素を前記距離値の校正領域とし、
異なる時刻での取得画像ごとの校正領域における距離変動量から前記レーザ画像計測装置の移動速度を導出し、
前記取得画像内における前記移動速度による距離差を補正する
ことを特徴とするレーザ画像計測装置。 - レーザ光の発振時間と対象物による反射光の受光時間との時間差に基づいて、前記対象物までの距離を導出するレーザ画像計測装置であって、
基準となる変調信号を生成する基準信号発生部と、
前記変調信号により変調された前記レーザ光を出射するレーザ光送信部と、
前記レーザ光を走査して整形された送信ビームを出射するレーザ光走査部と、
前記反射光を受信信号に変換する受信部と、
前記レーザ光走査部内のレーザ光走査光学系から基準固定距離に設置されて前記送信ビームが照射される基準反射板と、
前記受信信号から前記基準反射板および前記対象物の距離値を導出する信号処理部と、
を備え、
前記レーザ光走査部および前記受信部は、前記基準反射板からの反射光を、前記対象物に対する距離測定と同一の光路で送受信し、
前記信号処理部は、前記基準反射板の距離変動量から、前記対象物の距離値を補正し、
前記信号処理部は、前記基準反射板からの反射光の受信強度を導出し、
前記レーザ光走査部は、前記レーザ光走査光学系に対して走査幅補正信号を入力する走査幅補正装置を備え、
前記走査幅補正装置は、前記受信強度に基づいて前記送信ビームの走査幅を導出し、前記レーザ光走査光学系による走査幅を制御する
ことを特徴とするレーザ画像計測装置。 - 前記信号処理部は、
前記変調信号および前記受信信号を入力信号として位相信号を生成する位相検波器と、
前記位相信号に基づき前記距離値を算出する距離演算装置と、
前記距離演算装置で算出された前記基準反射板の距離値を補正して補正距離値を生成する距離補正装置と、
前記補正距離値と前記レーザ光走査光学系からの走査角信号とに基づき3次元画像を生成する3次元画像処理装置と
を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のレーザ画像計測装置。 - 前記基準反射板は、前記送信ビームの端部を遮蔽するように配置されたことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のレーザ画像計測装置。
- 前記レーザ光送信部は、前記レーザ装置に対してインタロック信号を入力するインタロック装置を備え、
前記インタロック装置は、前記基準反射板からの反射光の受信信号が異常を示す場合に、前記インタロック信号により前記レーザ装置のレーザ発振を禁止することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のレーザ画像計測装置。
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